KIT verbessert Wirkungsgrad von Perowskit/CIS-Tandemsolarzellen auf fast 25 Prozent

Teilen

Das Stapeln von Solarzellen verspricht deutlich höhere Wirkungsgrade, als sie bislang in der Massenproduktion zu finden sind. Begehrtes Objekt für solche Tandemsolarzellen sind Perowkite. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeitet im Zuge des EU-Forschungsprojekts „Percistand“ an Perowkit/CIS-Tandemsolarzellen und verbesserte deren Wirkungsgrad auf 24,9 Prozent, wie es am Dienstag erklärte. Diese Materialkombination ist eher leicht, so dass diese Photovoltaik-Technologie auch für Fahrzeuge, tragbare Geräte oder falt- und rollbare Vorrichtungen geeignet sei.

Ihre Ergebnisse haben die KIT-Forscher in der Zeitschrift „ACS Energy Letters“ vorgestellt. Sie verweisen darauf, dass die Perowskit-Solarzellen in den vergangenen zehn Jahren eine steile Entwicklung durchlebt hätten. Dennoch werde weltweit weiter daran gearbeitet, sie reif für praktische Anwendungen zu machen. Ihr ohnehin hoher Wirkungsgrad lässt sich durch das Stapeln mit zwei oder noch mehr Solarzellen erhöhen, gerade wenn jede Solarzelle davon einen anderen Teil des Sonnenlichtspektrums absorbieren könne. Dann ließen sich inhärente Verluste reduzieren und der Wirkungsgrad steige, so die Karlsruher Wissenschaftler. Der bisherige Rekord für Tandemsolarzelle aus Perowskiten und Silizium liegt bei mehr als 29 Prozent.

Der Vorteil bei der Kombination von Perowkiten mit Dünnschicht-Solarzellen wie CIS oder CIGS liege im Gewicht und der Flexibilität. Es ermögliche leichte Tandemsolarzellen, die sich nicht nur für die Installation an Gebäuden eigneten. Dem internationalen Forscherteam unter Leitung des KIT gelang nun die Herstellung von Perowkit/CIS-Solarzellen mit einem Spitzenwirkungsgrad von 24,9 Prozent, wobei nur 23,5 Prozent bislang zertifiziert sind. „Dies ist der höchste gemeldete Wirkungsgrad für diese Technologie und der erste hohe Wirkungsgrad überhaupt, der mit einer fast galliumfreien Kupfer-Indium-Diselenid-Solarzelle in einem Tandem erreicht wurde“, erklärt Marco Ruiz-Preciado vom Lichttechnischen Institut (LTI) am KIT. Die Verringerung der Galliummenge führe zu einer schmalen Bandlücke von etwa einem Elektronenvolt eV, was dem Idealwert von 0,96 eV für die untere Solarzelle in einem Tandem sehr nahekomme.

Die Bandlücke bestimmt, welchen Teil des Sonnenspektrums die Solarzellen absorbieren können, um Solarstrom zu erzeugen. In einer monolithischen Tandem-Solarzelle müssen die Bandlücken so beschaffen sein, dass die beiden Zellen ähnliche Ströme erzeugen können, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen, wie es von den KIT-Forschern weiter hieß. Ändert sich die Bandlücke der unteren Zelle, muss die Bandlücke der oberen Zelle daran angepasst werden und umgekehrt. Für eine effiziente Integration in die Tandemsolarzelle würden üblicherweise Perowskite mit hohem Bromgehalt verwendet, was jedoch häufig zu Spannungsverlusten und Phaseninstabilität führen könne, so die Wissenschaftler. Das KIT hätten bei ihrer Arbeit nun aber eine Perowskit-Solarzelle mit niedrigem Bromgehalt eingesetzt, da sie im unteren Teil mit einer CIS-Solarzelle mit einer schmaler Bandlücke verbunden sei. Dies mache die Kombination insgesamt effizienter und stabiler.

„Unsere Studie demonstriert das Leistungspotenzial von Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen und definiert die Basis für zukünftige Entwicklungen, die den Wirkungsgrad weiter verbessern können“, ergänzte Ulrich Paetzold vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) am KIT. Wichtige Vorarbeiten dafür seien bereits im deutschen Forschungsprojekt „Capitano“ gelungen. Zudem sei die Entwicklung in enger Kooperation mit der Netherlands Organisation for Applied Scientific Research erfolgt. Im Fokus von „Percistand“ stehe die Erprobung von vierpoligen Tandem-Solarzellen und Prototypen für Module auf Glassubstraten. Ziel sei es, Effizienz, Stabilität und Massenproduktion so zu verbessern, dass die Technologie mit bereits am Markt verfügbaren kommerziellen Produkten konkurrenzfähig wird.

Dieser Inhalt ist urheberrechtlich geschützt und darf nicht kopiert werden. Wenn Sie mit uns kooperieren und Inhalte von uns teilweise nutzen wollen, nehmen Sie bitte Kontakt auf: redaktion@pv-magazine.com.